Задача.1. Начало цепи одной из фракций гистона НЗ, выделенного из тимуса быка, имеет следующую аминокислотную последовательность : Ала-Арг-Тре-Лиз-. Какова возможная структура начальных фрагментов и-РНК и двухцепочечной ДНК?
Решение. По таблице 1 находим, что указанные аминокислоты гистона НЗ кодируется триплетами: ГЦЦ-ЦГЦ-АЦЦ-ААГ. По принципу комплементарности устанавливаем строение соответствующего участка молекулы ДНК.
Цепь и-РНК: ГЦЦ-ЦГЦ-АЦЦ-ААГ
Первая цепь ДНК: ЦГГ-ГЦГ-ТГГ-ТТЦ
. . . . . . . . . . . .
Вторая цепь ДНК: ГЦЦ-ЦГЦ-АЦЦ-ААГ.
Задача.2. У больных серповидной анемией в молекуле гемоглобина глютаминовая кислота замещена на Валин. Чем отличается ДНК, больного серповидной анемией, от ДНК здорового человека?
Решение. Находим триплеты на и-РНК, кодирующие глютаминовую кислоту и валин, а по ним – нуклеотидный состав ДНК:
Здоровый человек Больной человек
Аминокислоты Глу Вал
Кодоны и-РНК ГАА ГУУ
ЦТТ ЦАА
. . . . . .
Состав ДНК ГАА ГТТ
Задача.3.Какое изменение молекулы ДНК сильнее повлияет на строение белка: выпадение одного нуклеотида из триплета или целого триплета?
Решение. В качестве примера возьмем какой-либо участок цепи ДНК, несущий информацию о строении определенного пептида, и проанализируем его строение при возможных ситуациях.
а) при нормальном строении ДНК.
Цепь ДНК: …АГГ-ТГГ-ЦТЦ-ЦТГ-Г…
Цепь и-РНК:…УЦЦ-АЦЦ-ГАГ-ГАЦ-Ц…
Пептид -Сер -Тре -Глу -Асп-
б) при выпадении из цепи ДНК одного нуклеотида. Допустим, выбит первый нуклеотид второго триплета (Т) .
Цепь ДНК: …АГГ-ГГЦ-ТЦЦ-ТГГ…
Цепь и-РНК:…УЦЦ-ЦЦГ-АГГ-АЦЦ…
Пептид -Сер -Про -Арг -Тре-
в) при выпадении целого триплета из цепи ДНК. Допустим, выбит второй триплет (-ТГГ-) .
Цепь ДНК: …АГГ…-…ЦТЦ-ЦТГ-Г…
Цепь и-РНК:…УЦЦ…-…ГАГ-ГАЦ-Ц…
Пептид -Сер …-… -Глу -Асп-
Таким образом, при выпадении одного нуклеотида из цепи ДНК изменяется полностью аминокислотный состав белковой молекулы. Исключение целого триплета приводит к выпадению лишь одной аминокислоты. При этом последовательность всех остальных аминокислот в белковой цепи сохраняется.
Примечание:
Молекулярная масса одной аминокислоты в среднем – 100.
Молекулярная масса одного нуклеотида – 345.
Длина одного нуклеотида – 0,34нм.
Длина одной аминокислоты-0,3нм
Задача№4.Дана цепь ДНК: Ц Т А- Т А Г -Т А А -Ц Ц А- А
Определите: а) первичную структуру белка, закодированного в этой цепи;
б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом гене (в двух цепях); в) длину этого гена; г) первичную структуру белка, синтезируемого после выпадения девятого нуклеотида в этой цепи ДНК.
Решение: а) Асп – ала- илей – гли --- .
б) всего в двух цепях-26 нуклеотидов. Чтобы найти количество адениловых нуклеотидов (в%) составляем пропорциию: А=Т-(9+9)=18; Ц+Г-(4+4)=8.
26----100%
9----Х Х=34,6.
На основе принципа комплементарности (А=Т) - 34,6+34,6=69,2%
100% - 69,2%=30,8% приходится на (Г+Ц). 30,8:2=15,4%
В) В одной цепи ДНК всего-13 нуклеотидов. 13 х 0,34нм=4,42нм.
Г) после выпадения девятого нуклеотида
Асп – ала – мет – вал
Задача №5.Даны полипептидные цепи:
а) але – тре – лиз – аспи …
б) гли – илей – вал – глу – глун …
в) тре – сер – илей – сер – асп
Определите структуру соответствующих цепей ДНК.
Примечание: Из нескольких возможных кодонов и-РНК одной аминокислоты следует брать, для удобства проверки, первый кодон по порядку чтения таблицы генетического
кода.
Задача№21 Оперон фермента РНК-полимеразы кишечной палочки включает 9450пар нуклеотидов. РНК-полимераза состоит из 329 аминокислот. Сколько кодирующих и не кодирующих пар нуклеотидов входит в состав оперона РНК- полимеразы.
Решение: За 329 аминокислот в гене отвечает329х3=987 пар нуклеотидов. Не кодирующая часть 9450пар-987пар=8463пары нуклеотидов.Она включает регуляторную зону(промотор, ген оператор и т.д.)
Задача№22. Белок - полимер. Ген, кодирующий его, состоит из 10 900 пар нуклеотидов, в том числе включает 2 интрона по 5 тысяч пар нуклеотидов каждый.
Из скольких аминокислотных остатков состоит белок.
Решение: За белок отвечает только экзоны и на них приходится 900 пар нуклеотидов.
Ген включает 2 интрона по 5 тысяч: 5000х2=10 000пар нуклеотидов.
10 900-10 000=900пар нуклеотидов. 900:3=300 аминокислотных остатков.
Задача №23. Б елок – полимер. Ген, кодирующий его, включает 5 интронов по 10 тысяч.пар нуклеотидов и 4 экзона по 270пар нуклеотидов.
Сколько нуклеотидов входит в состав кодирующей зоны и-РНК этого белка и сколько он включает аминокислотных остатков?
Решение: Ген включает 5 интронов по 10 000пар нуклеотидов 10 000х5=50 000пар нуклеотидов, кроме этого включает 4 экзона по 270пар нуклеотидов:270х4=1080 пар нуклеотидов.
В состав кодирующий зоны входит 1080пар нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется триплетом (тремя нуклеотидами). 1080:3=360аминокислотных остатков.
Задача№24. Ген состоит из 21 200 пар нуклеотидов и включает 2интрона по 10 000пар нуклеотидов, каждый. Сколько аминокислотных остатков включает белок, синтез
которого контролируется этим геном.
Решение: 10 000х2=20 000пар нуклеотидов интрона. 21 200-20 000= 1 200пар нуклеотидов. 1200:3=400 аминокислотных остатков.
Задача№25. Чему равна длина гена, кодирующего белок из 420 аминокислотных остатков, если он включает 2 интрона по 3000 пар нуклеотидов каждый? Решение: За 420 аминокислот в гене отвечает 420х3=1260пар нуклеотидов. Не кодирующая часть 3000х 2=6000 нуклеотидов. Всего: 1260+6000=7260 пар нуклеотидов.
Чтобы определить длину гена 7260х0,34нм.=2468,4.
Ответ: 2468,4 нм.
Задача №26. Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека
Составляет около 6х10-9мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде и в соматической клетке перед началом деления и после его окончания.
Решение:
1. Перед началом деления в исходной клетке количество ДНК удваивается и масса равна .
2.После окончания деления в соматической клетке количество ДНК остается таким же,
Как в исходной клетке:
3. В половых клетках 23 хромосомы, то есть в два раза меньше, чем в соматических,
Соответственно масса ДНК в сперматозоиде в 2 раза меньше и составляет .
Задача №27. Две цепи ДНК удерживаются друг против друга водородными связями. Определите: число двойных и тройных водородных связей в этой цепи ДНК, а также её
Длину, если известно, что нуклеотидов с аденином (А)-12, с гуанином (Г)-20, в обеих цепях.(расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет – 0,34нм).
1. Аденин(А) комплементарен тимину (Т), и между ними образуются две водородные связи, следовательно, двойных водородных связей-12;
2. Гуанин (Г) комплементарен цитозину(Ц), и между ними образуются три водородные связи, следовательно, тройных водородных связей -20;
3. Всего нуклеотидов в цепи 12(А) +12(Т)+20(Г)+20(Ц)=64;
Длина участка молекулы ДНК: 64:2Х0,34=10,88нм.
Задача№28. Участок молекулы ДНК имеет структуру:
АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА- ГГА-ГГЦ-ТТА
Определите:структуру второй цепи ДНК, нуклеотидный состав и-РНК и число тройных водородных связей в этом участке молекулы ДНК
1.) Вторая цепь ДНК имеет структуру:
ТГГ-ТАТ-ЦАГ-ГТТ-ЦЦТ-ЦЦГ-ААТ
2). И-РНК имеет нуклеотидный состав:
АЦЦ-АУА-ГУЦ-ЦАА-ГГА-ГГЦ-УУА;
3). Число тройных водородных связей: тройные водородные связи образуются между гуанином (Г) и цитозином (Ц), их число=10
Задача №29. Дана цепь ДНК: ЦТА-АТГ-ТАА-ЦЦА
Определите: 1) Первичную структуру закодированного белка
2) Процентное содержание различных видов нуклеотидов в этом гене (в двух цепях)
3). Длину этого гена
4). Длину белка
и-РНК: ГАУ-УАЦ-АУУ-ГГУ
Послед-сть аминокислот: асп-тир-иле-гли.
Первая цепь ДНК: ЦТА-АТГ-ТАА-ЦЦА
Вторая цепь ДНК: ГАТ-ТАЦ-АТТ-ГГТ
Кол-во:А=8, Т=8,Г=4,Ц=4. Все кол-во:24,ээто 100%.
А=Т,=8, это (8х100%):24=33,3%
Г=Ц=4,это (4х100%):24=16,7 %
Длина гена: 12х0,34нм=4,08нм
Длина белка: 4аминок. х 0,3=1,2нм.
Задача 30.
Информационная часть м-РНК содержит 144 нуклеотида.Определите число аминокислот, которые входят в состав кодируемого ею белка, число молекул т-РНК, участвующих в процессе трансляции этого белка, и число нуклеотидов в участке гена,кодирующих первичную структуру этого белка. Обьясните полученные результаты:
Решение: 1. аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, следовательно белок состоит из 144:3= 48 аминокислот
2. одна т-РНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно, в процессе трансляции участвовало 48 т-РНК.
3. и-РНК является копией гена, который кодирует данный белок ,поэтому ген содержит 144 нуклеотида
Решение: а) ТАГ- ТГА-ТТТ-ТТА …
б) ЦЦА-ТАА-ЦАА-ЦТТ-ГТТ …
в) ТГА-АГА-ТАА-АГА-ЦТА.
Задача№6.Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором запрограммирован белок инсулин из 51 аминокислоты?
Решение: Каждая аминокислота кодируется триплетом (тремя нуклеотидами) ДНК. Следовательно, для кодирования 51 аминокислоты белка потребуется
51х3=153 нуклеотида в одной цепи ДНК, а в гене – в два раза больше:
153х2=306 нуклеотидов.
Задача№7. Молекулярная масса белка Х-50 000. Определите длину соответствующего гена.
Решение: Белок Х состоит из 50 000:100=500 аминокислот. Для кодирования
500 аминокислоты потребуется 500 триплетов. 500х3=1500 нуклеотидов.
Длина этой цепи ДНК=1500 х 0,34нм = 510нм.
Задача№8.Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК),в которых запрограммированы следующие белки а) из 500 аминокислот, б) из 25 аминокислот,
в) из 48 аминокислот.
Решение: каждая аминокислота кодируется триплетом. Следовательно, а) 500 х 3=1500 нуклеотидов в одной цепи ДНК, а в гене –в два разабольше:1500х2=3000. б) 25 х 3 = 75 нуклеотидов, в одной цепи ДНК, а в гене 75х2=150 нуклеотидов.в) 48 х 3 = 144 нуклеотидов, в одной цепи ДНК, а в гене 144х2=288 нуклеотидов.
Примечание: Молекулярная масса одной аминокислоты в среднем 100.
Молекулярная масса одного нуклеотида 345.
Длина одного нуклеотида 0,34 нм.
Задача№9. Известна, молекулярная масса четырех видов белков:
а) 3000; б) 4600; в) 7800; г) 3500. Определите длину соответствующих генов.
Решение: а) 3000: 100=30 аминокислот.30х3=90 нуклеотидов.90х0,34=30,6 нм.
б) 4600:100=46 аминокислот.46х3=138 нуклеотидов.138 х 0,34=46,92нм.
в) 7800:100=78 аминокислот.78х3=234 нуклеотидов.234 х 0,34=795,6нм.
г) 3500: 100=35 аминокислот.35х3=105 нуклеотидов.105 х 0,34=35,7 нм.
Задача№10.. Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 34 155.Определите
количество мономеров белка, запрограммированного в этой ДНК.
Решение: 34 155:345=99 нуклеотидов содержится в ДНК. 99:3=33 триплета в ДНК кодируют 33 аминокислоты белка.
Ответ: 33.
Задача№11. В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой ДНК.
Определите: а) сколько содержится других нуклеотидов в этой молекуле ДНК.
б) какова длина ДНК
Решение: а) На основе принципа комплементарности Ц-Г= 22%+22%=44% или
Ц-Г=880+880=1760. На долю других видов нуклеотидов Т+А=приходится
100%-44%=56%.Для вычисления количества этих нуклеотидов составляем пропорцию:
1760----44
Х-----100 Х= 4000 всего нуклеотидов в двух цепях.(А+Т)=(Ц+Г).
4000-1760=2240 нуклеотидов это 56%.
б) Для определения длины ДНК узнаем, сколько нуклеотидов содержится в одной цепи:
4000:2= 2000 нуклеотидов.
в) Вычисляем длину ДНК: 2000нук. х 0,34нм.=680нм.
Задача№12. Какова молекулярная масса гена (двух цепей ДНК), если в одной цепи его запрограммирован белок с молекулярной массой 1500?
Решение: а) 1500:100=15 аминокислот в белке;
б) 15х3=45 нуклеотидов в одной цепи гена
. в) 45х345=15 525 (молекулярная масса одной цепи гена).
г) молекулярная масса двух цепей 15 525х2=31050.
Задача №13. Определите длину молекулы ДНК, если в белке 51 аминокислота (инсулин), а длина одного нуклеотида 0,34 нм.
Решение: В молекуле белка 51 аминокислота. Каждая аминокислота кодируется триплетом, поэтому в одной цепи ДНК – 51 триплетов. 51х3=153 нуклеотида.
Вычисляем длину ДНК 153 х о,34нм. =52,02нм.
Задача №14. Сколько аминокислотных остатков включает белок, если в кодирующем его гена цитозина - 800, тимина - 430.
Решение: На основе принципа комплементарности А=Т и Г=Ц.
В двух цепях ДНК: (Г+Ц)=800+800=1600 нуклеотидов; ( А+Т)=430+430=860 нуклеотидов.
В двух цепях всего 2460 нуклеотидов. В одной цепи 2460:2=1230 нуклеотидов.
Каждый триплет кодирует одну аминокислоту: 1230:3=410 аминокислотных остатков.
Задача№15. В состав гена входит 30% тимина. Сколько в нем гуанина, если белок, кодируемый этим геном включает 350 аминокислот.
Решение: На основе принципа комплементарности А=Т -30%+30%=60%. Чтобы узнать сколько % в нем гуанина: 100% - 60%= 40%.(Г+Ц).
350х3=1050 нуклеотидов, в одной цепи ДНК. В двух цепях ДНК1050х2=2100 нуклеотидов.
Чтобы определить сколько % нуклеотидов приходится на А+Т- составляем пропорцию:
2100нук.----100%
Х---------60% Х= 1260 нуклеотидов.
Чтобы определить сколько нуклеотидов приходится на Ц+Г- составляем пропорцию:
2100нук.-----100%
Х-----------40%. Х=840% нуклеотидов. 840: 2= 420 нуклеотидов гуанина.
Задача№16. Сколько аминокислотных остатков включает белок, если в кодирующем
его гене аденина – 300, гуанина – 720, цитозина – 720.
Решение: На основе комплементарности А=Т-(300+300)=600 нуклеотидов.
Г=Ц – (720+720)=1440 нуклеотидов.В двух цепях ДНК: 1440+600=2040 нуклеотидов.
В одной цепи ДНК: 2040:2=1020 нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется триплетом. 1020 нуклеотидов : 3=340 аминокислотных остатков.
Задача № 17. В состав и-РНК входит: А-16%, У-28%, Г-24%, Ц-32%.
Определите процентный состав азотистых оснований молекулы ДНК, слепком с которой является указанная РНК.
Решение: На основе принципа комплементарности а) количество А=У, найдем среднее арифметич.% содержания этих нуклеотидов 16%+28%=44%.А=У-44:2=22%.
Г=Ц, найдем среднее арифмет. 100-44=56%(Г+Ц). 56:2=28%.
Задача№18.В гене аденина 20%, гуанина-900 оснований. Сколько аминокислотных остатков в белке, кодируемом этим геном?
Решение: На основе комплементарности Г=Ц-900+900=1800оснований. Чтобы найти количество аденина составляем пропорцию: 1800----100
Х-----40% Х=720 нуклеотидов (А+Т).
Количество нуклеотидов в двух цепях ДНК-1800+720=2520, а в одной цепи ДНК 2520:2=1260 нуклеотидов. Чтобы найти аминокислотных остатков в белке 1260:2=630.
Задача№19. В состав т-РНК входит Г-34%, У-24%, А-22%, Ц-20%. Определите процентный состав азотистых оснований молекулы ДНК, слепком с которой является указанная РНК.
Решение: На основе принципа комплементарности а) А+У, найдем среднее арифмет.
% содержание этих нуклеотидов 22%+24%=46%. А-У=46:2=23%.
б) Г=Ц, найдем средне арифметич.100-46=54% на (Г+Ц). 54:2=27%.
Задача№20. В состав и-РНК входит Г-34%, У- 18%, Ц-28%, А-20%.Определите процентный состав азотистых оснований молекулы ДНК, с которой транскрибировалось и-РНК.
Решение: На основе принципа комплементарности а) А+У=20%+18%=38%. 38%:2=19%
б) Г+Ц=34%+28%=62%. 62%:2=31%